1

x

هدف البحث

بحث في العناوين

بحث في اسماء الكتب

بحث في اسماء المؤلفين

اختر القسم

القرآن الكريم
الفقه واصوله
العقائد الاسلامية
سيرة الرسول وآله
علم الرجال والحديث
الأخلاق والأدعية
اللغة العربية وعلومها
الأدب العربي
الأسرة والمجتمع
التاريخ
الجغرافية
الادارة والاقتصاد
القانون
الزراعة
علم الفيزياء
علم الكيمياء
علم الأحياء
الرياضيات
الهندسة المدنية
الأعلام
اللغة الأنكليزية

موافق

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : نظرية الاعداد :

Madelung Constants

المؤلف:  Bailey, D. H.; Borwein, J. M.; Crandall, R. E.; and Zucker, I. J.

المصدر:  "Lattice Sums Arising from the Poisson Equation." J. Phys. A 46

الجزء والصفحة:  ...

24-8-2020

1433

Madelung Constants

The quantities obtained from cubic, hexagonal, etc., lattice sums, evaluated at s=1, are called Madelung constants.

For cubic lattice sums

(1)

the Madelung constants expressible in closed form for even indices n, a few examples of which are summarized in the following table, where beta(n) is the Dirichlet beta function and eta(n) is the Dirichlet eta function.

n b_n(2) OEIS constant
2 -4beta(1)eta(1)=-piln2 A086054 2.177586...
4 -8eta(1)eta(0)=-4ln2 A016639 2.772588...

To obtain the closed form for b_2(s), break up the double sum into pieces that do not include i=j=0,

(2)

(3)

(4)

where the negative sums have been reindexed to run over positive quantities. But (-1)^i=(-1)^(-i), so all the above terms can be combined into

(5)

The second of these sums can be done analytically as

 sum_(i=1)^infty((-1)^i)/(i^(2s))=-4^s(4^s-2)zeta(2s),

(6)

which in the case s=1 reduces to

 sum_(i=1)^infty((-1)^i)/(i^2)=-1/(12)pi^2.

(7)

The first sum is more difficult, but in the case s=1 can be written

 sum_(i,j=1)^infty((-1)^(i+j))/(i^2+j^2)=1/(12)pi(pi-3ln2).

(8)

Combining these then gives the original sum as

 b_2(2)=-piln2.

(9)

b_3(1) is given by Benson's formula (Borwein and Bailey 2003, p. 24)

b_3(1) =

(10)

= -12pisum_(m,n=1,3,...)^(infty)sech^2(1/2pisqrt(m^2+n^2))

(11)

= -1.74756...

(12)

(OEIS A085469), where the prime indicates that summation over (0, 0, 0) is excluded.

b_3(1)=M is sometimes called "the" Madelung constant, corresponds to the Madelung constant for a three-dimensional NaCl crystal. Crandall (1999) gave the expression

(13)

Similar results were found by Tyagi (2004),

M =

(14)

M =

(15)

M =

(16)

the last of which converges rapidly. Averaging (16) and (13) then gives the beautiful equation

(17)

which is correct to 10 decimal digits even if the sum is completely omitted (Tyagi 2004).

However, no closed form for b_3(1) is known (Bailey et al. 2006).

For hexagonal lattice sums, h_2(2) is expressible in closed form as

h_2(2) = piln3sqrt(3)

(18)

= 5.9779868...

(19)

(OEIS A086055).


REFERENCES:

Bailey, D. H.; Borwein, J. M.; Crandall, R. E.; and Zucker, I. J. "Lattice Sums Arising from the Poisson Equation." J. Phys. A 46, 115201, 31 pp., 2013.

Bailey, D. H.; Borwein, J. M.; Kapoor, V.; and Weisstein, E. W. "Ten Problems in Experimental Mathematics." Amer. Math. Monthly 113, 481-509, 2006.

Borwein, J. and Bailey, D. Mathematics by Experiment: Plausible Reasoning in the 21st Century. Wellesley, MA: A K Peters, 2003.

Borwein, J. M. and Borwein, P. B. Pi & the AGM: A Study in Analytic Number Theory and Computational Complexity. New York: Wiley, 1987.

Buhler, J. and Wagon, S. "Secrets of the Madelung Constant." Mathematica in Education and Research 5, 49-55, Spring 1996.

Crandall, R. E. "New Representations for the Madelung Constant." Exp. Math. 8, 367-379, 1999.

Crandall, R. E. and Buhler, J. P. "Elementary Function Expansions for Madelung Constants." J. Phys. Ser. A: Math. and Gen. 20, 5497-5510, 1987.

Finch, S. R. Mathematical Constants. Cambridge, England: Cambridge University Press, 2003.

Havil, J. "Madelung's Constant." §3.4 in Gamma: Exploring Euler's Constant. Princeton, NJ: Princeton University Press, pp. 33-35, 2003.

Sloane, N. J. A. Sequences A016639, A085469, A086054, and A086055 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Tyagi, S. "New Series Representation for Madelung Constant." Oct. 17, 2004. https://arxiv.org/abs/cond-mat/0410424.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي